CN111789742A - 一种动态反馈自动调节下肢康复机器人 - Google Patents

一种动态反馈自动调节下肢康复机器人 Download PDF

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CN111789742A CN202010672604.6A CN202010672604A CN111789742A CN 111789742 A CN111789742 A CN 111789742A CN 202010672604 A CN202010672604 A CN 202010672604A CN 111789742 A CN111789742 A CN 111789742A
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Abstract

本发明涉及下肢机器人技术领域，且公开了一种动态反馈自动调节下肢康复机器人，包括座椅，所述座椅设置有软性坐垫，所述软性坐垫顶部设置有靠枕，所述座椅扶手处活动连接有第一关节，所述第一关节的一侧活动连接有第二关节。本申请方案中，通过调节装置可以选择第一关节跟随双轴电机转动或第二关节跟随双轴电机进行转动，从而选择对大腿或小腿做上下的摆动性训练，同时可以选择对左右两个大腿或小腿进行同步的伸展训练，也可以选择对左右两个大腿或小腿进行交替的伸展训练，实现了多种组合训练方式，康复效果更加显著，对不同患者具有广泛的适应性。

Description

一种动态反馈自动调节下肢康复机器人
技术领域
本发明涉及下肢机器人技术领域，具体为一种动态反馈自动调节下肢康复机器人。
背景技术
目前，传统康复训练一般为劳动密集型模式，特别是步态康复，需要至少3名以上治疗师人工协助患者完成腿部及躯干的练习。医护人员不仅劳动强度大，而且很难保证稳定持续性运动训练。下肢康复练机器人主要针对下肢有运动功能障碍的患者，主要作用是帮助有下肢运动功能障碍的患者完成各种运动功能康复训练过程。目前下肢康复机器人已有产品进入临床投入使用。但目前的康复器械远远不能满足患者康复所需的智能化、人机工程化的要求。
而对腿部骨伤患者来讲，现有的设备主要针对半身不遂患者康复，而对骨伤患者一般采用站立式的康复装置，这样康复的过程较为麻烦，并且当站立时间过长中途休息时，操作十分的不便，需要人工辅助。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种动态反馈自动调节下肢康复机器人，解决了现有的下肢康复装置存在操作麻烦而且康复中途需要人工辅助帮助休息的问题，通过脚部按压反馈，可以实现大腿和小腿的自由选择性康复训练。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种动态反馈自动调节下肢康复机器人，包括座椅，所述座椅设置有软性坐垫，所述软性坐垫顶部设置有靠枕，所述座椅左、右扶手处设置有一组第一关节，所述第一关节一端连接固定于座椅上的座板，所述第一关节的另一端活动连接有第二关节，且所述第二关节在与第一关节连接的左右两侧设置有转动块，所述第二关节的底端活动连接有延伸杆，所述延伸杆的一侧固定连接有脚踏板，所述脚踏板在脚尖和脚跟位置分别设置有前开关和后开关，所述第一关节与第二关节和座板之间设有调节装置；
所述调节装置包括双轴电机，所述双轴电机的一端转轴和内侧的转动块转动连接，所述双轴电机的另一端转轴固定有齿轮，外侧的转动块内设有磁性材料的内齿块，所述内齿块的外圈通过套设有弹簧的第一伸缩支柱和转动块固定连接，所述内齿块与齿轮相啮合，所述转动块的内壁固定有和内齿块对应的第一电磁铁，所述第一电磁铁通电后吸合内齿块，使第一伸缩支柱收缩，实现所述内齿块与齿轮脱离啮合；
所述双轴电机在第一关节内靠近齿轮的电机轴上固定有主动齿轮，所述主动齿轮通过传送齿带传动连接有传动齿轮，所述传动齿轮轴固定在传动轴上，所述传动轴的两端和座板转动连接，在所述传动轴的中间位置轴固定有锯齿轮，所述锯齿轮的齿尖方向与第一关节沿着座板向上转动时的方向一致，所述锯齿轮一周设置有若干磁性材料的楔形块，且所述楔形块和锯齿轮的齿槽相配合，所述楔形块另一端通过套设有弹簧的第二伸缩支柱和第一关节连接，在第一关节的内壁与所述楔形块对应的位置设有第二电磁铁，所述第二电磁铁通电后吸合楔形块，使第二伸缩支柱收缩，实现所述楔形块脱离对锯齿轮的卡位；
所述前开关控制第一电磁铁的通断，所述后开关控制第二电磁铁的通断，所述双轴电机电连接调速器，所述调速器对双轴电机的输出电流实时监测，当输出电流增大时，调速器控制双轴电机减速，当输出电流达到反馈阈值时，所述调速器控制双轴电机反向转动。
优选的，所述双轴电机的一端转轴通过轴承和内侧的转动块转动连接。
优选的，所述传动轴的两端通过轴承和座板转动连接。
优选的，所述内齿块为弧形开口，所述第一电磁铁为弧形开口。
优选的，所述延伸杆包括滑板，所述第二关节的内侧开设有活动槽，所述活动槽内套接有滑板，所述滑板上穿插有两个滑杆，所述滑杆的上下两端分别与活动槽内壁的上下两侧固定连接，所述滑杆上套接有下压弹簧，所述滑板的外侧固定连接有连接板，所述连接板的底端固定连接有脚杆。
优选的，所述脚踏板顶部固定连接有限位套。
优选的，所述反馈阈值小于电机额定电流。
(三)有益效果
本发明提供了一种动态反馈自动调节下肢康复机器人。具备以下有益效果：
(1)、本申请方案中，将骨伤患者康复装置与座椅结合，这样在恢复的过程中，患者可以坐立在软性坐垫，或者躺在软性坐垫和靠枕，这样减少患者的手部的支撑，减少患者的身体的负担，增加了患者腿部训练的时长，进而保证了患者快速的康复。
(2)、本申请方案中，双轴电机带动齿轮顺时针转动时，这样内齿块通过安装环与转动块活动连接，这样第二关节能够顺时针向上移动，与此同时，齿轮通过传送齿带与传动齿轮传动连接，这样第一关节能够转动，此过程中第一关节和第二关节之间能够呈现屈伸的状态，当双轴电机的输出端逆时针转动时，这样第一关节和第二关节能够回收，这样过程中能够带动患者的腿部反复的进行屈伸和回收的操作，这样根据恢复的需要，进行速度的调节。
(3)、本申请方案中，由于患者的坐姿和腿部长度影响，患者可以根据需要，通过向下踩踏脚踏板，这样，延伸杆能够在滑杆上向下移动并挤压下压弹簧，这样的过程中，一方面有利于对脚部力量的训练，而且在屈伸过程中，由于腿部恢复的速度慢，会造成抵触腿部的情况，这样还能够对此类现象进行消除。
(4)、本申请方案中通过调节装置可以选择第一关节跟随双轴电机转动或第二关节跟随电机进行转动，从而选择对大腿或小腿做上下的摆动性训练，同时可以选择对左右两个大腿或小腿进行同步的伸展训练，也可以选择对左右两个大腿或小腿进行交替的伸展训练，实现了多种组合训练方式，康复效果更加显著，对不同患者具有广泛的适应性。
(4)、本申请方案中通过对双轴电机的输出电流监测值设置反馈阈值，当输出电流增大时，调速器控制双轴电机减速，减缓腿部抬升过程中患者的不适感，当输出电流达到反馈阈值时，调速器控制双轴电机反向转动，反阈值接近并小于双轴电机的额定电流，不仅可以保护双轴电机避免其超载造成双轴电机及其他传动部件的损伤，同时可以在保证患者安全性的情况下最大限度抬升患者腿部，使其得到有效的康复训练，同时由于电机在反馈阈值时的反转，可以实现反馈的关节自动上下摆动。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为本发明结构第一关节横向剖面结构示意图；
图3为本发明结构第一关节侧面结构示意图；
图4为本发明结构延伸杆的剖视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-4所示，一种动态反馈自动调节下肢康复机器人，包括座椅1，座椅1设置有软性坐垫2，软性坐垫2顶部设置有靠枕3，将骨伤患者康复装置与座椅1结合，这样在恢复的过程中，患者可以坐立在软性坐垫2，或者躺在软性坐垫2和靠枕3，这样减少患者的手部的支撑，减少患者的身体的负担，增加了患者腿部训练的时长，进而保证了患者快速的康复。
座椅1左、右扶手处设置有一组第一关节5，第一关节5一端连接固定于座椅1上的座板4，第一关节5的另一端活动连接有第二关节8，且第二关节8在与第一关节5连接的左右两侧设置有转动块7，第二关节8的底端活动连接有延伸杆9，延伸杆9的一侧固定连接有脚踏板10，脚踏板10顶部固定连接有限位套13，便于人的脚部放在脚踏板10上进行很好的限位，在第一关节5与第二关节8和座板4之间设有调节装置6，调节装置6包括双轴电机61，双轴电机61的一端转轴通过轴承和内侧的转动块7转动连接，即内侧的转动块7不承受双轴电机61的转动力，在双轴电机61的另一端转轴固定有齿轮62，外侧的转动块7内设有磁性材料的内齿块63，内齿块63为弧形开口，内齿块63的外圈通过套设有弹簧的第一伸缩支柱64和转动块7固定连接，内齿块63与齿轮62相啮合，转动块7的内壁固定有和内齿块63对应的第一电磁铁65，第一电磁铁65为弧形开口，从而方便对内齿块63施加最大的磁力，脚踏板10在脚尖位置设置有前开关11，前开关11控制第一电磁铁65的通断，后开关12控制第二电磁铁613的通断，当脚尖压动前开关11，使前开关11闭合，第一电磁铁65通电，此时，第一电磁铁65吸合内齿块63，使第一伸缩支柱64内的弹簧压缩，从而使第一伸缩支柱64收缩，实现内齿块63与齿轮62脱离啮合，此时双轴电机61转动情况下不再对外侧的转动块7施加转动力，由于内侧的转动块7也不承受双轴电机61的转动力，从而使得双轴电机61正常时，第二关节8不会跟随一起转动；
同时，双轴电机61在第一关节5内靠近齿轮62的电机轴上固定有主动齿轮66，主动齿轮66通过传送齿带67传动连接有传动齿轮69，传动齿轮69轴固定在传动轴68上，传动轴68的两端通过轴承和座板4转动连接，在传动轴68的中间位置轴固定有锯齿轮610，锯齿轮610的齿尖方向与第一关节5沿着座板4向上转动时的方向一致，锯齿轮610一周设置有若干磁性材料的楔形块611，且楔形块611和锯齿轮610的齿槽相配合，从而使得双轴电机61带动第二关节8向上转动时，楔形块611紧紧卡住锯齿轮610，在楔形块611的另一端通过套设有弹簧的第二伸缩支柱612和第一关节5连接，使得楔形块611卡在锯齿轮610内时，第一关节5跟随锯齿轮610同步转动，在第一关节5的内壁与楔形块611对应的位置设有第二电磁铁613，脚踏板10在脚跟位置设置有后开关12，后开关12控制第二电磁铁613的通断，当脚后跟压动后开关12时，后开关12闭合，此时，第二电磁铁613通电吸合楔形块611，使第二伸缩支柱612收缩，实现楔形块611脱离对锯齿轮610的卡位，从而双轴电机61转动时，使得第一关节5不再跟随双轴电机61一起转动。
实施例2
本申请人在实践中发现，上述方案还存在如下问题：一些患者腿部由于肢体僵硬，只能做小角度的抬起，而如果双轴电机61仍然转动带动第一关节5或第二关节8转动时，不仅容易使得患者承受较大的力，造成二次损伤，同时由于患者腿部的反作用力，会使得双轴电机61堵转，造成电机烧毁或寿命减少。为解决这一问题，本申请的双轴电机61电连接调速器，调速器对双轴电机61的输出电流实时监测，由于腿部开始对第一关节5或第二关节8施加反作用力时，使得电机双轴61的输出电流逐渐增大，为了在抬升腿部的过程对患者进行有效保护，对双轴电机61的输出电流监测值设置了反馈阈值，当输出电流增大时，调速器控制双轴电机61减速，减缓腿部抬升过程中患者的不适感，当输出电流达到反馈阈值时，调速器控制双轴电机61反向转动，反阈值接近并小于双轴电机61的额定电流，不仅可以保护双轴电机61避免其超载造成双轴电机61及其他传动部件的损伤，同时可以在保证患者安全性的情况下最大限度抬升患者腿部，使其得到有效的康复训练。
实施例3
为了适应不同腿长的患者，延伸杆9包括滑板93，第二关节8的内侧开设有活动槽，活动槽内套接有滑板93，滑板93上穿插有两个滑杆94，滑杆94的上下两端分别与活动槽内壁的上下两侧固定连接，滑杆94上套接有下压弹簧95，滑板93的外侧固定连接有连接板92，连接板92的底端固定连接有脚杆91。由于患者的坐姿和腿部长度影响，患者可以根据需要，通过向下踩踏脚踏板10，这样，延伸杆9能够在滑杆94上向下移动并挤压下压弹簧95，这样的过程中，一方面可以调节延伸杆9长度适应了不同腿长的患者，另一方面也有利于对脚部力量的训练。
实施例4
本实施例具体为对患者小腿进行训练，由于在训练小腿时，腿部关节伸展过程时，往往都是脚跟发力，因此在脚踏板10的脚跟位置设置后开关12，当脚后跟压动后开关12时，后开关12闭合，此时，第二电磁铁613通电吸合楔形块611，使第二伸缩支柱612收缩，实现楔形块611脱离对锯齿轮610的卡位，从而双轴电机61转动时，使得第一关节5不再跟随双轴电机61一起转动，此时双轴电机61转动仅仅带动第二关节8进行转动，从而放置在第二关节8的小腿做跟随的上下摆动运动。
实施例5
本实施例具体为对患者大腿进行训练，由于在训练大腿时，腿部关节伸展过程时，往往都是脚尖发力，因此在脚踏板10的脚尖位置设置有前开关11，当脚尖压动前开关11，使前开关11闭合，第一电磁铁65通电，此时，第一电磁铁65吸合内齿块63，使第一伸缩支柱64内的弹簧压缩，从而使第一伸缩支柱64收缩，实现内齿块63与齿轮62脱离啮合，此时双轴电机61转动情况下不再对外侧的转动块7施加转动力，由于内侧的转动块7也不承受双轴电机61的转动力，从而使得双轴电机61正常时，第二关节8不会跟随一起转动，此时双轴电机61转动仅仅带动第一关节5进行转动，从而放置在第一关节5的大腿做跟随的上下摆动运动。
实施例6
本实施例主要对患者左右两个大腿或小腿进行同步的伸展训练，根据左右腿的实际情况，由于座椅1左、右扶手处均设置有第一关节5、第二关节8和调节装置6，如果需要同时对两个小腿进行训练，两脚的脚后跟同时压动后开关12，放置在第二关节8的两个小腿做同步的上下摆动运动，如果需要同时对两个大腿进行训练，两脚的脚尖同时压动前开关11，放置在第一关节5的两个大腿做同步的上下摆动运动。
实施例7
本实施例主要对患者左右两个大腿或小腿进行交替的摆动训练(类似于骑自行车的腿部动作)，根据左右腿的实际情况，由于座椅1左、右扶手处均设置有第一关节5、第二关节8和调节装置6，如果需要对两个小腿进行交替的上下摆动训练，两脚的脚后跟先后压动后开关12，从而放置在第二关节8的两个小腿做交替的摆动训练，如果需要对两个大腿进行交替的上下摆动训练，两脚的脚尖先后压动前开关11，放置在第一关节5的两个大腿做交替的摆动训练。
需要强调的是，本申请方案中通过调节装置可以选择第一关节跟随双轴电机转动或第二关节跟随电机进行转动，从而选择对大腿或小腿做上下的摆动性训练，同时可以选择对左右两个大腿或小腿进行同步的伸展训练，也可以选择对左右两个大腿或小腿进行交替的伸展训练，实现了多种组合训练方式，康复效果更加显著，对不同患者具有广泛的适应性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种动态反馈自动调节下肢康复机器人，包括座椅(1)，所述座椅(1)设置有软性坐垫(2)，所述软性坐垫(2)顶部设置有靠枕(3)，其特征在于：所述座椅(1)左、右扶手处设置有一组第一关节(5)，所述第一关节(5)一端连接固定于座椅(1)上的座板(4)，所述第一关节(5)的另一端活动连接有第二关节(8)，且所述第二关节(8)在与第一关节(5)连接的左右两侧设置有转动块(7)，所述第二关节(8)的底端活动连接有延伸杆(9)，所述延伸杆(9)的一侧固定连接有脚踏板(10)，所述脚踏板(10)在脚尖和脚跟位置分别设置有前开关(11)和后开关(12)，所述第一关节(5)与第二关节(8)和座板(4)之间设有调节装置(6)；
所述调节装置(6)包括双轴电机(61)，所述双轴电机(61)的一端转轴和内侧的转动块(7)转动连接，所述双轴电机(61)的另一端转轴固定有齿轮(62)，外侧的转动块(7)内设有磁性材料的内齿块(63)，所述内齿块(63)的外圈通过套设有弹簧的第一伸缩支柱(64)和转动块(7)固定连接，所述内齿块(63)与齿轮(62)相啮合，所述转动块(7)的内壁固定有和内齿块(63)对应的第一电磁铁(65)，所述第一电磁铁(65)通电后吸合内齿块(63)，使第一伸缩支柱(64)收缩，实现所述内齿块(63)与齿轮(62)脱离啮合；
所述双轴电机(61)在第一关节(5)内靠近齿轮(62)的电机轴上固定有主动齿轮(66)，所述主动齿轮(66)通过传送齿带(67)传动连接有传动齿轮(69)，所述传动齿轮(69)轴固定在传动轴(68)上，所述传动轴(68)的两端和座板(4)转动连接，在所述传动轴(68)的中间位置轴固定有锯齿轮(610)，所述锯齿轮(610)的齿尖方向与第一关节(5)沿着座板(4)向上转动时的方向一致，所述锯齿轮(610)一周设置有若干磁性材料的楔形块(611)，且所述楔形块(611)和锯齿轮(610)的齿槽相配合，所述楔形块(611)另一端通过套设有弹簧的第二伸缩支柱(612)和第一关节(5)连接，在第一关节(5)的内壁与所述楔形块(611)对应的位置设有第二电磁铁(613)，所述第二电磁铁(613)通电后吸合楔形块(611)，使第二伸缩支柱(612)收缩，实现所述楔形块(611)脱离对锯齿轮(610)的卡位；
所述前开关(11)控制第一电磁铁(65)的通断，所述后开关(12)控制第二电磁铁(613)的通断，所述双轴电机(61)电连接调速器，所述调速器对双轴电机(61)的输出电流实时监测，当输出电流增大时，调速器控制双轴电机(61)减速，当输出电流达到反馈阈值时，所述调速器控制双轴电机(61)反向转动。
2.根据权利要求1所述的一种动态反馈自动调节下肢康复机器人，其特征在于：所述双轴电机(61)的一端转轴通过轴承和内侧的转动块(7)转动连接。
3.根据权利要求1所述的一种动态反馈自动调节下肢康复机器人，其特征在于：所述传动轴(68)的两端通过轴承和座板(4)转动连接。
4.根据权利要求1所述的一种动态反馈自动调节下肢康复机器人，其特征在于：所述内齿块(63)为弧形开口，所述第一电磁铁(65)为弧形开口。
5.根据权利要求1所述的一种动态反馈自动调节下肢康复机器人，其特征在于：所述延伸杆(9)包括滑板(93)，所述第二关节(8)的内侧开设有活动槽，所述活动槽内套接有滑板(93)，所述滑板(93)上穿插有两个滑杆(94)，所述滑杆(94)的上下两端分别与活动槽内壁的上下两侧固定连接，所述滑杆(94)上套接有下压弹簧(95)，所述滑板(93)的外侧固定连接有连接板(92)，所述连接板(92)的底端固定连接有脚杆(91)。
6.根据权利要求1所述的一种动态反馈自动调节下肢康复机器人，其特征在于：所述脚踏板(10)顶部固定连接有限位套(13)。
7.根据权利要求1所述的一种动态反馈自动调节下肢康复机器人，其特征在于：所述反馈阈值小于电机额定电流。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113842606A (zh) * 2021-09-14 2021-12-28 邓文娟 一种减重步行训练仪用智能步行踏板
CN114028774A (zh) * 2021-12-13 2022-02-11 沈阳师范大学 一种体育健身腿部锻炼设备及使用方法

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